Forskare från University of Illinois Urbana-Champaign, University of California, Santa Barbara och Dow har utvecklat en banbrytande process för att omvandla den mest producerade plasten - polyeten (PE) - till den näst mest producerade plasten, polypropen (PP) , vilket kan minska utsläppen av växthusgaser (GHG).

"Världen behöver fler och bättre alternativ för att utvinna energi och molekylärt värde från sitt plastavfall", säger medförfattaren Susannah Scott, framstående professor och Mellichamp ordförande för hållbar katalytisk process vid UC Santa Barbara. Konventionella plaståtervinningsmetoder resulterar i lågvärdiga plastmolekyler och ger därför lite incitament att återvinna de berg av plastavfall som har samlats under de senaste decennierna.

Men, tillade Scott, "att förvandla polyeten till propen, som sedan kan användas för att göra en ny polymer, är hur vi börjar bygga en cirkulär ekonomi för plast."

"Vi började med att konceptualisera det här tillvägagångssättet och demonstrerade dess löfte först genom teoretisk modellering - nu har vi bevisat att det kan göras experimentellt på ett sätt som är skalbart och potentiellt applicerbart på nuvarande industrikrav", säger medförfattaren Damien Guironnet, en professor i kemisk och biomolekylär teknik vid Illinois, som publicerade den första studien som beskriver de nödvändiga katalytiska reaktionerna 2020.

Den nya studien publicerad i Journal of the American Chemical Society tillkännager en serie kopplade katalytiska reaktioner som omvandlar PE, som är #2 och #4 plast som utgör 29% av världens plastkonsumtion, till byggstenen propen som är nyckelingrediensen för att producera PP, även känd som #5 plast som står för nära 25 % av världens plastkonsumtion.

Denna studie etablerar ett proof-of-concept för att återanvända PE-plast med mer än 95 % selektivitet till propen. Forskarna har byggt en reaktor som skapar ett kontinuerligt flöde av propen som enkelt kan omvandlas till PP med hjälp av nuvarande teknologi – vilket gör denna upptäckt skalbar och snabbt implementerbar.

"Vår preliminära analys tyder på att om bara 20 % av världens PE kunde återvinnas och konverteras via denna väg, skulle det kunna representera en potentiell besparing av växthusgasutsläpp jämförbar med att ta 3 miljoner bilar av vägen", säger Garrett Strong, en doktorandstudent kopplat till projektet.

Målet är att skära varje mycket lång PE-molekyl många gånger för att få många små bitar, som är propenmolekylerna. Först tar en katalysator bort väte från PE, vilket skapar en reaktiv plats på kedjan. Därefter delas kedjan i två delar på denna plats med användning av en andra katalysator, som täcker ändarna med eten. Slutligen flyttar en tredje katalysator det reaktiva stället längs PE-kedjan så att processen kan upprepas. Så småningom är allt som återstår ett stort antal propenmolekyler.

"Tänk på att skära en baguette på mitten och sedan skära av exakt stora bitar från slutet av varje halva - där hastigheten med vilken du skär styr storleken på varje skiva," sa Guironnet.

"Nu när vi har etablerat proof of concept kan vi börja förbättra effektiviteten i processen genom att designa katalysatorer som är snabbare och mer produktiva, vilket gör det möjligt att skala upp," sa Scott. "Eftersom vår slutprodukt redan är kompatibel med nuvarande industriseparationsprocesser kommer bättre katalysatorer att göra det möjligt att implementera detta genombrott snabbt."

Arbetet som presenteras i denna publikation kompletterar i hög grad en artikel publicerad i Science förra veckan. Båda grupperna använde jungfrulig plast och liknande kemi. Men Science-teamet använde en annan process i en sluten satsreaktor, som krävde mycket högre tryck – vilket är energikrävande – och behovet av att återvinna mer eten.

"Om vi ​​ska uppgradera en betydande del av de över 100 miljoner ton plastavfall vi genererar varje år behöver vi lösningar som är mycket skalbara," sa Guironnet. "Vårt team visade kemin i en flödesreaktor som vi utvecklade för att producera propen mycket selektivt och kontinuerligt. Detta är ett viktigt framsteg för att ta itu med den enorma volymen av problemet som vi står inför."

Dow-forskare var också involverade i detta arbete. "Dow tar en ledande roll i att driva en mer cirkulär ekonomi genom att designa för cirkularitet, bygga nya affärsmodeller för cirkulära material och samarbeta för att stoppa plastavfallet", säger seniorforskaren och medförfattaren i Dow, Ivan Konstantinov. "Som en finansiär av detta projekt är vi fast beslutna att hitta nya sätt att eliminera plastavfall och uppmuntras av detta tillvägagångssätt." + Utforska vidare

Process omvandlar polyetenpåsar, plaster till polymerbyggstenar